Geum.ru

Основы микроэлектроники (курс лекций)

Вид материалаКурс лекций

Содержание


Здесь эмиттерный и коллекторный переходы получаются на этапе базовой диффузии, и
Мощные интегральные транзисторы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8

Здесь эмиттерный и коллекторный переходы получаются на этапе базовой диффузии, и


коллектор охватывает эмиттер практически со всех сторон. Расстояние между слоями

можно сделать порядка 3–4 мкм. В результате предельная частота может достигать 20–40 МГц, а коэффициент β — до 50.




Что касается решения проблемы создания

комплементарных биполярных ИМС, то здесь

нужно сказать о так называемой технологии

КНС (кремний на сапфире). О ней уже упоми-

налось ранее в разделе "Изоляция". Она позволяет на одном кристалле делать одинаковые по конструкции n-р-n- и р-n-р-транзисторы, поскольку здесь можно проводить локальную эпитаксию через окна (хотя это и удорожает производство).


Лекции 10 и 11 читаются по материалам электронной методички npnlab.doc.

– 23 – Лекция 12

Лекция 12




Мощные интегральные транзисторы



Прохождение больших токов через транзистор сопровождается рядом физических явлений, которые мы до сих пор не рассматривали:

1. Прохождение через транзистор больших токов (точнее — токов с большой плотностью) часто сопровождается высоким уровнем инжекции. Здесь следует вспомнить, что это такое. Можно представить себе ситуацию, когда концентрация инжектируемых электронов примерно равна концентрации собственных дырок в базе. Но, оказывается, что если их даже будет в десять раз меньше, чем собственных дырок, транзистор это почувствует (Федотов — Основы физики полупроводниковых приборов, с. 261).

Практически в транзисторах, работающих в активном режиме, высокий уровень инжекции может наблюдаться только в базе. Действительно, эмиттер транзистора изготавливают из сильнолегированного материала, поэтому получить высокий уровень инжекции в нем довольно трудно. К тому же, в общем токе эмиттера доля носителей заряда, инжектируемых из базы, невелика. В режиме насыщения высокий уровень инжекции возможен и в коллекторе.

2. Прохождение больших токов через транзистор связано с перераспределением напряжений в нем из-за падений на объемных сопротивлениях.

3. При больших токах могут изменяться условия как на выпрямляющих, так и на невыпрямляющих контактах (последнее существенно в режиме насыщения).

4. Прохождение больших токов приводит к перераспределению потенциала в ОПЗ

электронно-дырочных переходов.

Что же означает для транзистора высокий уровень инжекции?

Во-первых, уменьшается удельное сопротивление базы (больше подвижных зарядов). Кроме того, возникает электрическое поле, способствующее переносу инжектированных ННЗ через базу (как следствие первого). Значит, повышается скорость пролета ННЗ через базу и налицо снижение поверхностной рекомбинации, что приводит к возрастанию коэффициента переноса . Что касается коэффициента инжекции  (из курса ФОЭП вы знаете, как он определяется), то он при увеличении уровней инжекции падает. Таким образом, в результате противоположного влияния этих изменений  и  в функции от потока носителей в базе коэффициент передачи тока  при постепенном увеличении тока будет проходить через максимум. Для  данная зависимость будет еще более заметной (можно дать график  в функции от тока).


Эффект оттеснения тока эмиттера. Данное явление характерно именно для интегральных планарных транзисторов — таких, у которых вся рабочая (электрическая)

часть выполнена в приповерх-ностном слое кремниевой плас-тины, и все контакты — Э, Б и К расположены с одной и той же стороны. Никто об этом эффекте не подозревал, пока не было замечено, что в мощных инте-гральных транзисторах, имеющих дело с большими токами, коэффи-циент передачи тока  оказывается существенно меньше (в два и более раз), чем ожидалось.

– 24 – Лекция 12

Заметьте, что толщина базы в направлении у очень мала, и сопротивление ее в этом направлении может быть довольно большим. А теперь посмотрим, как распределяется ток от контакта базы к контакту эмиттера и наоборот. Общее падение напряжения UБЭ складывается из суммы падения на распределенном сопротивлении какого-то участка базы и на Э – Б переходе. (Правда, есть еще падение на распределенном сопротивлении эмиттерного слоя, но оно совсем мало, и им обычно пренебрегают.) Так вот: между краем эмиттера и контактом базы падение минимально, а между серединой эмиттера и контактом базы — максимально — там на р-n-переход останется меньше. Хоть эта разница и не очень велика, но по ВАХ диода четко видно, что крайние части эмиттера будут намного сильнее открыты, чем средняя его часть. Пока ток невелик, это не очень чувствуется (при малом iэ падение на сопротивлении базы невелико). Увеличиваем инжекцию – сразу ухудшаются характеристики транзистора: плотность эмиттерного тока экспоненциально зависит от напряжения UБЭ. Если падение потенциала вдоль базы превышает 2Т, плотности тока в центре и на периферии эмиттера отличаются на порядок, и практически весь ток протекает через периферийную часть эмиттера. Следствие — падение коэффициента передачи тока эмиттера при меньших токах, чем мы ожидали.


Для уменьшения влияния эффекта оттеснения уменьшают размеры эмиттера. В планарных транзисторах эмиттер (достаточно мощного транзистора) делают в виде многополосковой гребенчатой структуры. Для маломощных транзисторов это не обязательно — эффект слабый.